跨座式單軌車輛檢修修程及檢修周期優(yōu)化研究

楊昕映

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055）

1 背景

目前，國內(nèi)跨座式單軌建設發(fā)展迅猛，各種單軌制式車輛相繼產(chǎn)生，因此相應的檢修修程與檢修周期也在不斷改進完善。例如，重慶市跨坐式單軌2005年正式開通運營，至今已安全運營16年，憑借多年運營經(jīng)驗，提出“大修”[1]修程和檢修周期，隨后結(jié)合實際情況又提出“廠修”[2]修程和檢修周期。檢修修程和檢修周期的研究與探索也為跨座式單軌車輛基地設計提供了指導和借鑒。

蕪湖市軌道交通采用單軸轉(zhuǎn)向架車型，若采用現(xiàn)行規(guī)范中的檢修修程及檢修周期進行車輛基地設計，其檢修列位及換輪列位規(guī)模偏大，且檢修周期短，在一定程度上造成了過度修，增加運營成本，若采用單軸轉(zhuǎn)向架車型制造商提出的檢修修程和檢修周期進行車輛基地設計，則車輛基地規(guī)模偏小，且單軸轉(zhuǎn)向架單軌車在國內(nèi)無正式運營經(jīng)驗，后期運營中存在檢修規(guī)模及能力不足的可能，因此文章對目前國內(nèi)的跨座式單軌車型進行對比，并分析現(xiàn)有規(guī)范及研究存在的問題，結(jié)合目前國內(nèi)成熟運用的國鐵機車、地鐵車輛檢修周期的發(fā)展經(jīng)驗，充分參考重慶市跨座式單軌運營經(jīng)驗及蕪湖市跨座式單軌車輛制造商提供的檢修周期，提出跨座式單軌車輛檢修修程及檢修周期優(yōu)化建議。

《跨座式單軌交通設計規(guī)范》（GB 50458-2008）中規(guī)定的車輛檢修修程和檢修周期詳見表1。

表1 GB 50458-2008標準的車輛檢修修程和檢修周期表[3]

《輕型跨座式單軌交通設計導則》（T/CAMET 04001-2018）規(guī)定輕型跨座式單軌換輪檢修時間為10～20天[4]，蕪湖市軌道交通單軸轉(zhuǎn)向架車型制造商依據(jù)國內(nèi)實際情況提出的車輛檢修修程和檢修周期詳見表2。

表2 依據(jù)車輛運營情況提出的車輛檢修修程和檢修周期表[5]

2 跨座式單軌車輛

跨座式單軌交通是車輛跨行于梁軌合一的軌道梁上的軌道交通，其技術(shù)成熟、安全可靠，具有環(huán)保性能優(yōu)異、景觀效果好、地形地貌適應能力強、建設周期短、投資低等優(yōu)點[6]。

目前國內(nèi)眾多車輛制造商研制了跨座式單軌車輛，其按轉(zhuǎn)向架軸數(shù)可分為單軸、雙軸轉(zhuǎn)向架車型，其中重慶市軌道交通2號線一期2005年6月18日正式開通運營，線路長約18 km，其車輛采用日立大型車技術(shù)，為雙軸轉(zhuǎn)向架車型，如圖1所示。蕪湖市軌道交通2號線一期工程長約16 km，采用龐巴迪INNOVIA 300車型，為單軸轉(zhuǎn)向架車型，如圖2所示。

圖1 重慶單軌車

圖2 蕪湖單軌車

此外國內(nèi)中鐵高新工業(yè)股份有限公司（簡稱“中鐵工業(yè)”）、中車青島四方機車車輛股份有限公司（簡稱“中車青島四方”）、中車株洲電力機車有限公司（簡稱“中車株機”）、比亞迪股份有限公司（簡稱“比亞迪”）等眾多廠家研發(fā)了跨座式單軌車輛，車輛國產(chǎn)化均達到80%以上；中鐵工業(yè)、比亞迪單軌車等為單軸轉(zhuǎn)向架車型，如圖3、圖4所示；中車青島四方、中車株機單軌車等為雙軸轉(zhuǎn)向架車型，如圖5、圖6所示。

圖3 中鐵工業(yè)單軌車

圖4 比亞迪單軌車

圖5 中車青島四方單軌車

圖6 中車株機單軌車

單軸、雙軸轉(zhuǎn)向架車型在構(gòu)造及尺寸等方面均有較大差異，單軸、雙軸轉(zhuǎn)向架如圖7、圖8所示，2種車型車體及轉(zhuǎn)向架[7]設計壽命均不小于30年，與地鐵車輛一致。

圖7 單軸轉(zhuǎn)向架

圖8 雙軸轉(zhuǎn)向架

3 現(xiàn)行檢修修程及檢修周期問題分析

根據(jù)規(guī)范以及相關規(guī)定可知，現(xiàn)行跨座式單軌車輛檢修修程及檢修周期有以下4個方面問題。

（1）現(xiàn)行《跨座式單軌交通設計規(guī)范》對跨座式單軌檢修修程及周期的規(guī)定是針對日立雙軸轉(zhuǎn)向架大型車，目前國內(nèi)已有多個車輛制造商研制單軸轉(zhuǎn)向架車型，現(xiàn)行規(guī)范未兼容單軸轉(zhuǎn)向架車型。

（2）現(xiàn)行《跨座式單軌交通設計規(guī)范》編制時間較早，其采用日本跨座式單軌的車輛檢修體系[5]，隨著科學技術(shù)發(fā)展，跨座式單軌車輛設計具有模塊化、集成化、信息化等技術(shù)特點，車上關鍵部件有自診斷和故障記錄功能，車輛技術(shù)性能有較大提高，車輛部件如輪胎壽命也逐步延長，同時隨著運營經(jīng)驗的豐富，車輛檢修時間逐漸縮短，而現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定與車輛技術(shù)發(fā)展不同步。

（3）目前國內(nèi)跨座式單軌檢修修程相關的其他規(guī)定和研究提出了“大修”或“廠修”，但現(xiàn)有跨座式單軌設計規(guī)范中無對全面修以上高級修程的規(guī)定，導致在工程設計時容易遺漏車輛“大修”或“廠修”設施設備的相關設計，造成車輛基地功能不完整。

（4）其他規(guī)定和研究提出了車輛運行12年進行廠修[5]，但未明確具體檢修里程，在工程設計時無參考的檢修里程，造成車輛基地設計中計算規(guī)模不明確。

4 軌道交通車輛檢修修程及檢修周期發(fā)展經(jīng)驗

鐵路方面以國內(nèi)成熟運用的國鐵電力機車為例，隨著大功率交-直-交技術(shù)的成熟運用，交流機車逐步取代直流機車，加上檢修設備、管理水平、檢修人員技術(shù)素質(zhì)和經(jīng)驗提升，導致機車檢修修程及檢修周期逐步變化。

上世紀80年代，電力機車檢修修程及檢修周期如表3所示。

表3 上世紀80年代電力機車檢修周期表[8]

上世紀90年代，電力機車檢修修程及檢修周期如表4所示。

表4 上世紀90年代電力機車檢修周期表[9]

2015年中國鐵路工程總公司公布和諧型交流傳動機車修程修制改革方案，電力機車檢修修程及檢修周期如表5所示。

表5 2015年改革后電力機車檢修周期表[10]

城市軌道交通方面以國內(nèi)成熟運用地鐵車輛為例，依據(jù)多年地鐵工程設計情況，延長定期檢修周期，將大修、架修和定修周期由100萬km～120萬km、50萬km～60萬km、12.5萬km～15萬km分別改為120萬km、60萬km和15萬km[11]。

可見，檢修修程和檢修周期不是一成不變，機車最高修程檢修周期從80年代96萬km提升至現(xiàn)在200萬km，地鐵最高修程由100萬km～120萬km調(diào)整至120萬km，不僅保證了車輛運行安全，同時避免過度修，達到延長車輛壽命、降低檢修成本、提高運用效率的目的，且目前和諧型交流傳動機車檢修周期仍有提高趨勢。

5 檢修修程

目前國內(nèi)車輛檢修修程主要有計劃修、狀態(tài)修以及臨修[12]。計劃修是指對車輛進行有計劃的檢修；狀態(tài)修是不斷觀測和記錄車輛在運用中的技術(shù)狀態(tài)，按照車輛各種零部件的狀態(tài)和表征這些狀態(tài)的參數(shù)確定檢修時間和內(nèi)容，然后進行必要維護和修理；臨修是一種制定檢修周期，列車發(fā)生故障之后才進行修理的非預防性維修。

跨座式單軌車輛主要采用預防性計劃修。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)的發(fā)展以及專用傳感器技術(shù)的進步，國外已出現(xiàn)預見性檢修[13]，預見性檢修是狀態(tài)修的發(fā)展和延伸，通過從列車不同系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)隨時監(jiān)測列車機械和電氣狀態(tài)、運轉(zhuǎn)效率、性能指標等參數(shù)，并利用一定預測算法檢索出這些數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)潛在故障表征，便啟動檢修程序，在故障即將發(fā)生前，對列車相關部件進行檢修或更換。這種檢修修程能夠充分利用列車各部件工作壽命，在車輛各部件臨近損壞時進行修理或更換,減少臨修工作量及檢修成本，避免計劃修檢修頻繁、在修時間長等缺點，從而顯著提高車輛利用率和降低車輛維修成本。

6 檢修修程及檢修周期優(yōu)化

6.1 大修修程優(yōu)化

目前電力機車最高修程為C6修，檢修周期為12年或200萬km，跨座式單軌車輛與地鐵車輛設計壽命均為30年，而跨座式單軌交通現(xiàn)行設計規(guī)范規(guī)定最高修程為全面檢修，檢修周期為60萬km或6年；重慶市跨座式單軌結(jié)合多年運營經(jīng)驗規(guī)定“大修”修程，“大修時間宜為車輛使用至半壽命，可結(jié)合二次全面檢修實施”[4]；蕪湖市跨座式單軌提出的最高修程的檢修周期為140萬km，超過地鐵最高修程大修檢修周期。

因此從重慶雙軸轉(zhuǎn)向架單軌運營經(jīng)驗及單軸轉(zhuǎn)向架單軌車檢修需求分析，在現(xiàn)有全面修修程基礎上增加高級修程非常必要，為與國內(nèi)地鐵車輛檢修修程名稱統(tǒng)一，建議增加高級修程名稱為“大修”。

大修檢修周期若按照“二次全面檢修實施”為120萬km標準，以蕪湖單軌140萬km的檢修周期進行計算，對于國內(nèi)尚無實際運營檢修經(jīng)驗的單軸轉(zhuǎn)向架單軌車輛檢修基地，其規(guī)模偏小，因此建議在工程設計時，大修檢修周期按照運行120萬km～150萬km或時間12～15年考慮，對于設計年度近期可取下限值，遠期可取上限值。對于檢修時間，地鐵車輛為35天，由于跨座式單軌運營線路較地鐵少，取40天亦可行。

6.2 重點檢修、全面檢修優(yōu)化

根據(jù)重慶市單軌新車首次全面檢修 “時間不大于7年或運行不大于70萬km”[4]，重點檢修“時間不大于4年或運行不大于40萬km”[4]的運營經(jīng)驗，蕪湖市跨座式單軌提出重點檢修周期為80萬km，因此建議在工程設計時，將現(xiàn)有規(guī)范中的全面檢修周期運行60萬km或時間6年調(diào)整為運行60萬km～80萬km或時間6 ～8年，重點檢修周期運行30萬km或時間3年調(diào)整至運行30萬km～40萬km或時間3～4年。地鐵架修時間為20天，定修時間為7天[11]，考慮到跨座式單軌運營線路較地鐵少，檢修經(jīng)驗相對較少，故全面檢修時間取30天、重點檢修時間取20天在現(xiàn)階段可行。隨著列車技術(shù)質(zhì)量提升，智能檢測設備運用，以及運營管理及檢修經(jīng)驗越發(fā)豐富，可不斷縮短檢修時間，重點檢修可以取消，以檢測為主。

6.3 換輪周期優(yōu)化

換輪是跨座式單軌檢修較其他制式軌道交通差異較大的檢修項目，且檢修工作量較大；目前國內(nèi)以重慶日立單軌大型車為代表的雙軸轉(zhuǎn)向架車型，單軸軸重不大于11 t，平均輪壓載荷不大于5.5 t，正常線路運行條件下，輪胎平均使用壽命約為18萬km；以蕪湖龐巴迪單軌為代表的單軸轉(zhuǎn)向架車型，單軸軸重不大于14 t，平均輪壓載荷不大于7.0 t，正常線路運行條件下，輪胎平均使用壽命約為12萬km；換輪檢修時間與轉(zhuǎn)向架自身結(jié)構(gòu)、換輪設備數(shù)量有關，單軸、雙軸轉(zhuǎn)向架車型換輪設備如圖9、圖10所示，以1股道設置1套換輪設備（1次換2個轉(zhuǎn)向架）為例，重慶市跨座式單軌換輪檢修時間經(jīng)過多年運營已由20天降至約15天，而蕪湖市跨座式單軌提出換輪時間為3天，故建議在工程設計時，結(jié)合實際運營經(jīng)驗將雙軸轉(zhuǎn)向架換輪檢修周期調(diào)整為運行15萬km或時間1.5年，檢修時間調(diào)整為15天，單軸轉(zhuǎn)向架車型由于運營經(jīng)驗較少，換輪檢修周期為運行12萬km或時間1年，將換輪時間調(diào)整為5天。

圖9 單軸換輪設備

圖10 雙軸換輪設備

6.4 日常維修優(yōu)化

蕪湖市單軌采用完全無人自動駕駛模式（UTO）[14]，車輛具有自動喚醒、自檢、自動運行、自動休眠、列車狀態(tài)及故障報警信息上傳、障礙物檢測、列車遠程控制及復位、低壓系統(tǒng)恢復供電等功能，車輛檢修修程較現(xiàn)行規(guī)范增加月檢、6月檢、年檢修程，由于UTO駕駛系統(tǒng)是軌道交通未來的發(fā)展趨勢，在增加大修修程、延長檢修周期后，應加強車輛的檢測頻率以保障車輛運行安全，故建議在工程設計中增加月檢修程，實際運營中6 月檢可結(jié)合3月檢實施，年檢可結(jié)合換輪作業(yè)實施。

6.5 小結(jié)

建議跨座式單軌初期采用日常維修和定期檢修相結(jié)合的預防性檢修制度，實行互換修，同時逐步建設智能運維系統(tǒng)，實現(xiàn)各部件維修系統(tǒng)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，并將采集信息統(tǒng)一納入維修數(shù)據(jù)庫，形成大數(shù)據(jù)平臺，進行智慧管理，為車輛運用、檢修提供決策依據(jù)，為狀態(tài)修或預見性檢修的實現(xiàn)奠定基礎，車輛的修程和檢修周期優(yōu)化建議如表6所示。同時修程修制不是一成不變，應根據(jù)技術(shù)發(fā)展在運營實踐中逐步完善優(yōu)化。

表6 優(yōu)化后的車輛檢修周期表

7 優(yōu)化后工作量計算對比

以蕪湖市軌道交通1號線工作量計算為例，蕪湖市軌道交通1號線遠期日走行公里數(shù)為14 211 km[14]，按照現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的、單軸轉(zhuǎn)向架車輛制造商提供的，以及優(yōu)化后的檢修修程及檢修周期分別進行計算，檢修工作量對比計算結(jié)果如表7所示。

表7 檢修工作量對比計算結(jié)果

可見，檢修修程及檢修周期優(yōu)化后的白馬山車輛基地高級修程（大修、全面檢修）、日常維修（6月檢、3 月檢、月檢）設計規(guī)模與現(xiàn)行標準基本一致，但重點檢修減少1列位，換輪檢修減少3列位，檢修庫（含月檢、換輪庫）面積為17 085 m2[14]，較重慶童家院子車輛基地檢修房屋（含月檢、換輪庫）30 288 m2[15]減少1萬多m2，因此減少占地面積及房屋面積，節(jié)省工程投資。而采用單軸轉(zhuǎn)向架車型車輛制造商提供的檢修修程及周期計算出的高級修檢修列位較現(xiàn)行規(guī)范及優(yōu)化后的計算結(jié)果少1 列位，對于缺少運營檢修經(jīng)驗的單軸轉(zhuǎn)向架車型，可能會造成后期運營時檢修庫規(guī)模及能力不足；同時增加月檢修程并不會增加月檢庫規(guī)模。

8 結(jié)束語

優(yōu)化后的檢修修程及檢修周期已運用于蕪湖市軌道交通車輛基地建設中，需要在運營中驗證并不斷優(yōu)化，其中檢修修程增加大修，延長檢修周期，達到縮小車輛基地規(guī)模、降低工程投資的目的，也避免過度維修、降低運營成本，同時增加月檢修程以加強車輛檢測頻率，為車輛運行安全提供保障；隨著科學技術(shù)發(fā)展，車輛技術(shù)性能及質(zhì)量的提高，智能檢測檢修設備、智能運維管理系統(tǒng)的完善，以及運營管理及檢修經(jīng)驗的豐富，可逐步延長檢修周期并進行狀態(tài)修或預見性檢修。